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内燃机零部件CAPP系统的工艺建模 |
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作者：韩书霞 韩彦军 |
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1 系统分析
内燃机零部件工艺设计系统涉及两方面的功能:一方面是利用系统存储的工艺数据信息进行工艺决策;另一方面是生成内燃机零部件的工艺文件，因此，系统工作过程实际上是对工艺数据的访问、调用、处理、生成的过程。
工艺数据是指在工艺设计过程中所使用与产生的数据。工艺数据库的设计内容是根据CAPP应用的环境及 CAPP工艺数据库的内容，进行符合CAPP应用语义的逻辑设计;提供一个确定存储结构的物理设计;建立实现系统目标，并能有效存取数据的数据模型。由于工艺问题的复杂性、经验性和多样性，工艺知识本身不具有精确的和严密的数学模型，到目前为止还没有一个被广泛认可的工艺数据模型。本文从总结工厂经验人手，从零件整体出发，通过 GT技术，针对具体企业环境对零件工艺归纳分类，按相似零件族总结工艺设计经验，分析工艺设计过程，找出内在规律，提出:
(1)基于工艺活动要素的抽象模型，建立工艺规程数据层次化结构;
(2)基于成组技术建立标准工艺路线数据库，基于加工元抽象建立零件特征型面加工方法;
(3)建立工艺规程与零件的关系模型。
2 工艺规程数据的表达
2.1 工艺活动要素的抽象
工艺规程的形式多种多样。工艺规程的输出结果有工艺过程卡(又称工艺路线卡)、机械加工工序卡、机械加工检验卡等。其复杂程度也因生产类型及工厂习惯的不同，而差别很大。在美国 AMRF的工艺规划过程的数据模型中，为了便于描述一个制造环境内的各种活动或工艺规程，提出了工艺活动要素WE的概念。WE是制造活动的基本要素，可以把 WE看作状态空间的操作，每执行一个WE，状态就发生一次转换。工艺规划的设计过程，可看作是由初始状态(毛坯)到最终状态(零件)间的一系列状态构成的状态空间。本文采用 WE的概念，来表达工艺活动。WE是工序、安装、工步的总称。一个复杂的工艺活动过程可以分解为一系列可操作的、无二义性的基本实体要素。工艺活动自身的层次关系可以抽象为如图 1所表示的工艺活动层次化模型。
根据工艺活动层次化模型，工艺规程分解为以下四部分信息:
(1)工艺表头信息 包括零件名称、零件图号、工艺路线号、毛坯类型、材料牌号每台件数等。
(2)工艺路线信息 包括生产线、工段、工序顺序及编号、工序名称、工序简图、设备编号、设备型号等。
(3)工位信息 包括特性重要度、夹具代号、量具代号、刀具代号、辅具代号等。
(4)工步信息 包括工步号、工步内容、刀具、切削速度、切削深度与进给量等。
2.2 工艺规程数据库的关系模型
内燃机零部件 CAPP系统工艺规程数据库分为全局工艺规程数据库和局部工艺规程数据库。全局工艺规程数据库保存零部件工艺表头信息、工艺路线信息、工位信息、工步信息、设计人员信息等。局部工艺规程数据库为个别设计者占用，存放的是个人工艺设计内容、当前设计者的信息。根据权限，设计者可以将新设计的工艺由局部工艺规程数据库存人全局工艺规程数据库，也可以从全局工艺规程数据库存放到局部工艺规程数据库的指定区域，进行编辑修改，设计结束后再存入全局工艺规程数据库。
内燃机零部件 CAPP系统的工艺规程数据库采用关系型数据库。在关系模型中，数据的逻辑结构是一张二维表。工艺表头信息、工艺路线信息、工位信息、工步信息之间的关系模型如图2所示。
3 标准工艺路线与加工元数据的表达
3.1 标准工艺描述方法
内燃机零部件从毛坯转变为产品的加工过程是根据特征形面选择加工方法、设备、刀具、夹具、量具等的过程，使用的工艺文件有很大的相似性和重用性。即便是完全不同的零件，其工艺文件的某些步骤也是十分相似的。对于越小的工艺描述单元，相似性越高。
有了共性就可以从中抽取出常用的，较为固定的工艺描述。搜集内燃机各类零部件的工艺规程:这些工艺规程是指企业内部编制并经工艺验证为合理的工艺规程;人工整理和编制，对于企业将来，有一定的参考价值的工艺规程;企业新生成的且具有一些可继承特征的目标工艺规程;外单位制订且对本企业的工艺设计有较高参考价值的工艺规程，然后从中抽取相关信息，形成没有歧义的标准工艺描述。按粒度不同零部件标准工艺描述方法分为以下几种:
(1)标准工艺术语 企业在长期的实践中固定下来的工艺设计中的固定用语。
(2)标准工艺语句 较为常用的单个工序或工步的描述。
(3)加工元 以零件特征为核心的，一组参数化的关于特征加工的工艺序列描述。
(4)标准工艺路线 以零件结构和加工工艺相似性为依据，把这些零件划归为相似性零件族，从而制订出的每一族零件的工艺路线。
几种粒度不同的工艺描述方法相互区别，又联系紧密。其中，加工元工艺描述粒度适中。它是加工过程的基本指令，是组成工步的基本单元。
3.2 标准工艺路线数据库的建立
标准工艺建立在零件相似性的基础上。作为典型零件的工艺路线，必须针对现有生产加工条件的约束关系，经过优化和生产验证为正确而有效的工艺规程。全族只能有一个标准工艺路线。
本文应用复合零件法，调阅零件族中的具体的典型代表零件的工艺文件，对它们的工艺过程卡进行审定、组合和归纳。每一个零件一个编码，相应的工艺路线则用 OP代码序列形式表示。一个 OP代码(OPcode)表示在一台机床或一个工作地点的一系列操作。用 OP代码表示的操作称为工序计划。
表1给出了OP代码和工序计划的部分描述。
零件族的标准工艺路线用 OP代码序列形式表示。表2给出了整体铝合金柴油机镶圈活塞零件族标准工艺路线的部分描述。
3.3 加工元数据库的建立
根据加工元的定义，加工元是以零件基本实体的型面特征要素为核心，连同使用的设备、刀具、夹具、量具、辅具、加工余量、进给量、切削速度而构成的基本加工信息的信息实体。零件上实体的基本特征、辅助特征的加工要求由加工元进行描述。
加工元用集合的形式可表示为:
加工元={加工元代号，加工元名称，设备型号，刀(量)具代号，夹具代号，辅具代号，背吃刀量，进给量，切削速度，备注}。
其中加工元名称用标准工艺语句进行描述。
加工元数据库中的数据以二维表的形式存放于工艺数据库管理系统中。数据库中的数据可以进行插人、删除、修改等操作。表3给出了内燃机活塞类零件部分加工元数据库。它采用面向集成的数据建模方法，将知识抽象与数据抽象有机结合在一起，在设计、工艺、制造各环节建立起本质的联系和表达，以适应制造环境的变化。数据库中的加工元可以根据工厂实际情况进行"组装"，满足了可重构 CAPP的需求。
4 用加工元法建立CAPP系统的一种方案
以本文第2,3部分所初步建立的理论和方法为指导，结合对工艺活动的抽象，工艺规程设计采取分层实现的方法。
首先，利用成组技术按零件结构和工艺相似性划分相似零件族。同族零件工艺是相似的，因此，在一个具体制造环境下，总结工厂工艺基础，从零件整体出发，按族整理工艺路线。
其次，基于加工元建立零件特征型面的加工方法，利用加工元完善各工序的加工内容。搜索同一设备条件下刀具相同、切削用量相同的加工元组成工步。把同一设备下的工步都搜索完，就把该工序的加工内容都搜索完了。
图3 用加工元法建立CAPP系统的一种方法
5 结论
应用的多样性和工艺经验的特殊性是CAPP通用化的最根本的困难。本文建立的加工元法能较好地解决这些困难。采用加工元法可以建立高度抽象、高度通用的系统框架，实现统一的机制，并能实例化为各种专用的使用系统。(end)
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(3/24/2008) |
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